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硅碳棒材料的常溫抗折強度

2022-06-09 11:51:18     點擊:

    研究發現Nb可以促進部分游離硅轉化為NbSiZ。由于硅碳棒和NbSiZ的結構差異,添加材料在1250一1375℃下的高溫強度低于未添加材料的。隨著溫度升高至1400℃,兩種材料的高溫強度接近。但NbSiZ的熔點高于Si的熔點,因此當溫度大于1400℃時,添加Nb材料的高溫強度應大于未添加的。研究發現,在反應硅碳棒中引人TiC后,材料的游離硅含量顯著降低,部分游離硅轉化為TiSiZ,材料的常溫斷裂韌性得到明顯提高。未添加和添加TiC材料在常溫下的斷裂韌性分別為3和5.3MPa·mvzm。晶須、纖維或多壁碳納米管補強增韌硅碳棒晶須、硅碳棒纖維、多壁碳納米管和碳纖維具有高強度、高彈性模量、高化學穩定性及耐高溫等優異性能,是陶瓷材料常見的補強增韌添加劑。當陶瓷材料受到應力作用時,晶須、纖維和碳納米管的拔出、橋接或裂紋偏轉,能夠有效消耗裂紋擴展能量,提升材料的常溫力學性能。

    相較于顆粒補強增韌,晶須、纖維或多壁碳納米管對反應硅碳棒常溫力學性能的提升效果更顯著,但仍存在分散性較差、與基體界面結合強度不匹配和高溫下易受熔融硅破壞等問題。硅碳棒晶須、硅碳棒纖維和多壁碳納米管還可能出現“搭橋”效應,導致素坯孔隙率增大,使材料燒成后殘余硅含量提高,體積密度降低,且晶須、纖維或碳納米管添加量過多時,“搭橋”效應更明顯,燒成后材料的殘余硅含量較高,力學性能較差。為解決晶須或纖維易出現“搭橋”效應和分散性較差等問題,應優化晶須或纖維添加量,并改善原料混料工藝,如采用超聲波儀對陶瓷漿料進行分散處理,使晶須或纖維在素坯中分布均勻。

    此外,為改善晶須或纖維與硅碳棒基體的界面結合強度,可對晶須或纖維進行高溫熱處理或酸洗處理,提升其表面粗糙度和潤濕性。為保護晶須、纖維或多壁碳納米管的結構完整性,通??刹捎猛扛补に?,使其表面包裹碳源,高溫下碳源與熔融硅發生反應使其表面原位生成硅碳棒保護層,即能改善界面結合強度,又能阻止熔融硅對晶須、纖維或多壁碳納米管結構的破壞。采用化學氣相沉積法將熱解碳(PyC)均勻涂覆在硅碳棒晶須(硅碳棒w)表面,并制備得到硅碳棒晶須反應硅碳棒復合材料。研究發現,熱解碳涂層較酚醛樹脂涂層更厚且更均勻。

    當硅碳棒晶須添加量為10%(w)時,復合材料經高溫燒成后,未涂覆熱解碳的碳化硅晶須結構遭到破壞,而涂覆熱解碳的硅碳棒晶須結構完整且輪廓突出,涂覆熱解碳后反應硅碳棒的常溫斷裂韌性由未涂覆熱解碳的3.9MPa·mvzm增加至5.28MPa對多壁碳納米管進行改性處理,使酚醛樹脂均勻涂覆在多壁碳納米管表面,并引人反應硅碳棒體系中。研究發現:酚醛樹脂有效阻止了多壁碳納米管的硅化反應,原位生成的硅碳棒保護層改善了多壁碳納米管與基體間結合強度。當多壁碳納米管由未添加增加至10%(w)時,反應硅碳棒材料的常溫抗折強度由236MPa提升365MPa,常溫斷裂韌性由3.8MPa·mvzm提升至6.9MPa·mvzm。www.obiettivothai.com


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